建筑結構抗震設計研究

何國

（廣西五鴻建設集團有限公司 廣西宜州 546300）

如今，城市建設快速發展，城市居民的生活水平不斷提高，許多不同用途的建筑紛紛興建，這也加重了建筑受地震的影響與危害。因此，在這一局勢下，應提高對建筑結構抗震設計的重視度，保證抗震設計質量。

1 建筑高度與層數限值

現行規范通過對現有震害的分析總結，并結合我國基本國情，確定在各種設防烈度條件下的建筑高度與層數限值。在抗震設計過程中，建筑高度與層數限值必須同時滿足，這是因為樓蓋的重量可以建筑總重50%，對可使用底部剪力法對各樓層水平方向上地震作用進行計算的建筑，在高度相同時，每多一層樓蓋，地震作用將增加至少半層樓。特別是底部采用框架結構，上部采用磚混結構的建筑，如果多一層樓蓋，則不僅會增大底部水平方向上的地震剪力，而且還會增大傾覆力矩，受到中強地震作用后，由于傾覆力矩相對較大，會使框架邊柱出現一定附加軸力，導致底部的承載能力明顯降低，致使邊柱被拉斷，加重震害。想要突破規范要求的建筑高度與層數限值，可使用新結構體系[1]。

2 建筑的平、立面布置

對于平、立面的布置必須保證規則與簡潔，且結構剛度與質量的布置應保持均勻。如果平面布置較為復雜，則會使剛心和質心無法重合，受到地震作用后，會產生扭轉振動效應，使地震破壞明顯加重。將磚墻體體系的抗震強度系數視作抗力指標，分析結構體系的易損性，經分析發現當建筑的部分平面為不規則時，部分墻段抗震強度系數將減小至少20%，受地震作用后，會產生較為嚴重的破壞，無法滿足基本設防要求。在抗震設計過程中，結構平面布置應確保剛心與質心保持一致，減小扭轉振動效應，如果建筑的平面布置為不規則形式，則應在設計中密切注意相關驗算，比如框架柱結構的承載能力。在建筑立面上，不得“頭重腳輕”，降低重心，對于水箱間和女兒墻等部分，因其根部和下部結構之間的連接較為薄弱，容易發生剛度突變現象，產生較為嚴重的受鞭梢效應，受地震作用后，會率先發生破壞與傾倒；除此之外，地震作用經屋面不斷向下傳遞，若屋面剛度較低，則突出屋面下部將產生集中破壞[2]。在進行抗震設計時，出屋面建筑總高不宜太高，以此減小因地震作用產生的影響。

3 結構薄弱層

中強地震條件下，結構處在彈塑性實際狀態，薄弱層會產生集中的變形現象，具體變形值數遠大于其它樓層，對于薄弱樓層，其變形程度對結構破壞狀態有決定性作用?；诖?，應改善或提高薄弱樓層自身抗震能力[3]。受水平地震作用后，樓層強弱程度主要根據屈服強度系數予以判斷。對于屈服強度系數，它指的是樓層受剪極限承載力和彈性反應地震剪力的比值，可表示為：

式（1）中，ξ（i）表示樓層 i的屈服強度系數；表示樓層 i的受剪極限承載力；）表示樓層i的彈性地震剪力，計算公式為：

式（2）中，n表示總結構層數表示樓層k的彈性地震作用標準值。對于磚混結構，且建筑高度與層數不同，薄弱層位置也不同。對于不超過4層的建筑，其薄弱樓層多處于底層；對于超過5層的建筑，其底部2層墻體有相近的抗力，而部分底層墻體，其抗力比2層墻體大，薄弱樓層所處位置因此上移[4]。由此可以看出，在設計過程中僅增大底部墻體橫截面積，或使用較高等級的砂漿，其提高抗震能力的效果十分有限。基于此，對超過5層的建筑進行抗震設計時，需要對底部1～3層的墻體進行面積增大，并使用高等級砂漿，同時于變化位置進行抗震鹽酸。當建筑底部采用框架結構，上部采用磚混結構時，框架結構的耗能、承載與變形能力均較強，以延性破壞為主；而磚混結構雖然也有良好承載能力，但耗能與變形能力則很差，以脆性破壞為主。對于過渡樓層，它除了要對上部地震剪力進行傳遞，還承擔底板因傾覆力矩造成的層間位移增大，實際受力情況十分復雜。另外，基于豎向均布荷載情況，過渡樓層的墻板主要處在拉剪應力或者是壓剪應力的實際狀態。通過試驗可知，墻體水平方向上的承載力減小20%左右[5]。因此，應重視并加強過渡樓層結果抗震能力。在過渡樓層中，所有開間都應設置圈梁與構造柱，以此形成一個弱框架結構體系，這一體系除了能增強剪力傳遞能力，還能保證耗能能力與延性。鋼筋混凝土框架填充墻結構底部大多設置車庫與商場，為切實達到預期的使用要求，處在底部的填充墻，其數量較少，且間距相對較大；同樣，上部填充墻的數量也很多，且分布范圍廣。受地震作用后，框架結構將和上部填充墻同時參與工作，在這種情況下，即便填充墻先產生開裂，而且在開裂以后其剛度明顯降低，但因墻體用量較大，且分布廣泛，所以在達到塑性狀態后，依然有良好耗能能力。與此同時，豎向上的框架柱截面，并未發生太大的變化，底部的屈服強度系數比上部小，形成薄弱層。受中強地震作用后，會造底部產生變形集中。除此之外，填充墻還會增大側移剛度，導致上部剛度和底部剛度存在較大差異，無法滿足現行規范的相關要求。對此類結構進行抗震設計時，宜在底部采用剪力墻來補充剛度和強度，防止底部產生變形集中[6]。

4 結構空間剛度

建筑是由橫、縱兩個方向上的承重構件及樓蓋構成的結構體系，具有空間剛度，抗震能力由空間剛度及穩定性直接決定。剛性樓蓋是使所有豎向構件實現共同受力的重要基礎，宜為現澆形式的樓屋蓋，而且在磚混體系當中，采用這種樓屋蓋除了能避免散落與滑移，保證整體性及剛度，還能適當放寬對墻體對齊提出的要求，所以對以剪切變形作為核心的磚混體系，可以對其層間變形進行有效控制，樓屋蓋當水平剛度較強時，能為荷載傳遞創造良好條件，如果平面上的墻體未能對齊，則采用這種樓屋蓋，還能對墻體予以約束。在磚混結構建筑中，常會用到縱墻或者是橫強來承重，因其另外一個方向上的具有約束作用的墻體數量較少，且間距較大，所以建筑另外一個方向上的剛度相對較弱，無論是空間剛度還是整體性，都難以滿足要求，導致抗震能力無法達到要求，受中強地震作用后，墻體因平面外發生失穩而率先產生破壞，最終導致整個建筑倒塌。當在兩個方向上同時布置縱墻或橫墻時，因它能減小縱墻發生的側向變形，提高空間剛度，保證整體性，無論是對雙向地震作用，還是抗剪與抗彎，均十分有利，具有良好的抗震性能[7]。除此之外，在對墻體進行布置時，應優先考慮縱墻貫通模式。如果縱墻無法實現貫通布置，則應在連接部位采用合理可行的加強措施，比如在交接部位使用由鋼筋混凝土制成的構造柱，同時對構造配筋予以適當的加強處理，和構造柱直接相連的墻體，需要同時進行砌筑施工，放坡留搓，在必要的情況下，按照一定間隔增設水平鋼筋，用于提高結構體系的整體性，避免縱橫墻之間的交接部位被拉開。

5 結束語

綜上所述，建筑結構抗震設計是工程設計的重要內容，設計是否合理可行直接決定地震作用下的建筑結構安全，在實際的結構抗震設計過程中，應綜合考慮建筑高度與層數限值、建筑的平、立面布置、結構薄弱層和結構空間剛度，根據建筑結構實際情況，采用適宜的抗震措施，保證建筑結構的抗震安全。

[1]戴金華，韓小雷，林生逸.基于性能的鋼筋混凝土建筑結構抗震設計方法[J].土木工程學報，2011（5）：11～15.

[2]陳 軍.關于房屋建筑結構抗震設計探討[J].江西建材，2014（18）：11.

[3]王成立，譚寧希.房屋建筑結構抗震設計要求分析[J].城市建筑，2014（2）：41.

[4]林 海.房屋建筑結構抗震設計要求分析[J].房地產導刊，2014（11）：106.

[5]秦山珍.基于性能的鋼筋混凝土建筑結構抗震設計方法[J].才智，2011（23）：11～15.

[6]李華.關于房屋建筑結構抗震設計探討[J].城市建設理論研究：電子版，2014（35）：20～21.

[7]魏璉，王森.中國建筑結構抗震設計方法發展及若干問題分析[J].建筑結構，2017（1）：11～19.